(57)【要約】【課題】ガスが比重の軽い物質の粒子を含む場合であっても、高い除塵性能を長時間に渡って維持することが可能なサイクロン集塵装置を提供する。【解決手段】ガス中の粒子を遠心分離するサイクロン部２の上部に、ガス中の粒子を捕捉するフィルタ部３を設け、更に、前記サイクロン部２と前記フィルタ部３との間のガス通路に整流板４を設ける。ガス中に含まれる粒子は、前記サイクロン部２での遠心分離、整流板４の抵抗による落下、更に、フィルタ部３でのろ過の３段階で取り除かれる。従って、粒子のうち比較的粗いものについては、サイクロン部２及び整流板４で予め取り除かれることで、フィルタ部３の目詰まりが抑制され、また、サイクロン部２及び整流板４で取り除くことができない細かな粒子をフィルタ部３で捕捉させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から粒子を含むガスを吸引し、前記粒子を遠心分離するサイクロン部と、
前記サイクロン部の上部に設けられ、前記サイクロン部で前記粒子が分離されたガスをろ過して外部に排出するフィルタ部と、
前記サイクロン部と前記フィルタ部との間のガス通路に設けられ、前記サイクロン部から排出されたガスを整流して、前記フィルタ部に導入させる整流板と、
を含んで構成されるサイクロン集塵装置。
【請求項２】
前記整流板を、前記ガス通路の径方向に沿って複数並べた請求項１記載のサイクロン集塵装置。
【請求項３】
前記フィルタ部が、上部から排気側配管が導出される筒状のケースと、前記筒状のケース内に前記サイクロン部と略同軸に設置される筒状のフィルタエレメントとを含み、前記筒状のフィルタエレメントの中空部の下端を閉塞させる一方、前記中空部の上端開口部を前記排気側配管に接続させ、
前記筒状のフィルタエレメントの外周と前記ケースの内周とで形成される環状空間に、前記サイクロン部から排出されたガスを、前記整流板を介して導入し、前記ガスを前記筒状のフィルタエレメントの外周から中空部内に通過させて、前記排気側配管によって外部へ排出させる請求項１又は２記載のサイクロン集塵装置。
【請求項４】
前記筒状のフィルタエレメントの外周面を、凹凸を繰り返す波型に形成した請求項３記載のサイクロン集塵装置。
【請求項５】
前記筒状のフィルタエレメントの空隙率を、内側から外側に向けて大きくした請求項３又は４記載のサイクロン集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を含むガスから粒子を遠心分離するサイクロン集塵装置に関し、例えば、真空ポンプ，排気ブロワ，コンプレッサ等の吸排気システムにおいて、吸気前にガスに含まれる粒子（コンタミネーション）を捕捉して、清浄ガスを前記吸排気システムに吸気させるサイクロン集塵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガスの導入口が形成される筒状部、及び、該筒状部に連設され下方に向かって縮径する円錐状部とからなる外筒と、除塵後の清浄ガスを排出する内筒とからなるサイクロン集塵装置が開示されている。
【０００３】
前記サイクロン集塵装置においては、前記導入口から導入されたガスが下降旋回流となり、その遠心力によってガス中の粒子が前記外筒の内壁側に分離して落下し、外筒の下端から回収される。そして、除塵後の清浄ガスは、円錐状部の途中から方向を反転して上昇流となり、前記内筒を通って後段の装置（例えば、真空ポンプなど）に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０００３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えばアルミナ、シリコン、黒鉛などの比重の軽い物質の粒子を含むガスを、前記サイクロン集塵装置で除塵させる場合、粗い粒子は分離回収することが可能であるが、微粒子は分離回収することができない。このため、微粒子が、真空ポンプなどの後段装置に吸い込まれ、故障要因になってしまうという問題が生じる。
【０００６】
一方、フィルタを用いれば、比重の軽い物質の微粒子であっても取り除くことが可能であるが、フィルタを用いる場合、微粒子の他、粗い粒子もフィルタで捕捉させることになるため、直ぐに目詰まりが発生してしまい、後段装置を長時間に渡って運転させることができないという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたものであり、ガスが比重の軽い物質の粒子を含む場合であっても、高い除塵性能を長時間に渡って維持することが可能なサイクロン集塵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本願発明に係るサイクロン集塵装置は、外部から粒子を含むガスを吸引し、前記粒子を遠心分離するサイクロン部と、前記サイクロン部の上部に設けられ、前記サイクロン部で前記粒子が分離されたガスをろ過して外部に排出するフィルタ部と、前記サイクロン部と前記フィルタ部との間のガス通路に設けられ、前記サイクロン部から排出されたガスを整流して、前記フィルタ部に導入させる整流板と、を含んで構成される。
【０００９】
上記構成では、サイクロン部で粒子が遠心分離された後のガスが、抵抗となる整流板を通過してフィルタ部に導入され、フィルタ部でのろ過を経て、外部へ排出される。
【００１０】
ここで、前記整流板を、前記ガス通路の径方向に沿って複数並べる構成とするとよい。上記構成では、前記ガス通路の横断面において、複数の整流板がフィルタ部に向かうガスの抵抗となり、サイクロン部で分離されなかった粒子の一部を落下させる。
【００１１】
また、前記フィルタ部が、上部から排気側配管が導出される筒状のケースと、前記筒状のケース内に前記サイクロン部と略同軸に設置される筒状のフィルタエレメントとを含み、前記筒状のフィルタエレメントの中空部の下端を閉塞させる一方、前記中空部の上端開口部を前記排気側配管に接続させ、前記筒状のフィルタエレメントの外周と前記ケースの内周とで形成される環状空間に、前記サイクロン部から排出されたガスを、前記整流板を介して導入し、前記ガスを前記筒状のフィルタエレメントの外周から中空部内に通過させて、前記排気側配管によって外部へ排出させる構成とするとよい。
【００１２】
上記構成では、サイクロン部から排出されたガスは、整流板を通って、筒状のフィルタエレメントの外周とケースの内周とで形成される環状空間内に導入された後、フィルタエレメントの外周から中空部内に通過してろ過され、前記中空部から外部に排出される。
【００１３】
ここで、前記筒状のフィルタエレメントの外周面を、凹凸を繰り返す波型に形成するとよい。
【００１４】
また、前記筒状のフィルタエレメントの空隙率を、内側から外側に向けて大きくするとよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記発明によると、ガスに含まれる粒子が、サイクロン部での遠心分離、粒子を含むガスの流れに対して整流板が抵抗になることによる粒子の落下、更に、フィルタ部におけるろ過の３段階で取り除かれる。
【００１６】
このため、ろ過のみを行わせる場合に比べて、フィルタ部で捕捉される粒子量が少なくなって、フィルタ部の目詰まりが抑制されるので、長時間に渡って除塵を行うことが可能であり、また、サイクロン部で除塵されなかった粒子を、フィルタ部で捕捉させるので、たとえ比重の小さい物質の微粒子であっても除塵が可能で、高い除塵性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るサイクロン集塵装置の実施形態を示す断面斜視図である。
【図２】本発明に係るサイクロン集塵装置の実施形態を示す正面図及び部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１，図２は、本発明に係るサイクロン集塵装置の実施形態を示す。
【００１９】
図１，図２に示すサイクロン集塵装置１は、サイクロン部２と、該サイクロン部２の上側に設けられるフィルタ部３と、前記サイクロン部２とフィルタ部３とを連通させるガス通路に介装される整流板４とを含んで構成される。
【００２０】
前記サイクロン部２は、含塵ガスを下降旋回流として粒子（コンタミネーション）と清浄ガスとに遠心分離する外筒２０と、該外筒２０の途中で発生する上昇流により清浄ガスを排出させる内筒２１とによって構成される。
【００２１】
更に、前記外筒２０は、筒状部２２と、該筒状部２２に連設され下方に向かって縮径する円錐状部２３とで構成され、前記筒状部２２の周壁には、前記筒状部２２の接線方向と略平行に設けられた吸気側配管２４が接続され、前記円錐状部２３には、遠心分離されて落下した粒子を外部に排出させるための粒子排出口（ドレン）２５が形成されている。
なお、粒子排出口（ドレン）２５の下部にはバルブ２５ａが装着されている（図１にのみ図示）。このバルブ２５ａは、集塵操作中は閉成されている。
【００２２】
また、前記内筒２１は、下方に向かって縮径する円錐状に形成され、上端部２１ａを、前記筒状部２２の上端内周２２ａに固定することで、内筒２１は、外筒２０（筒状部２２）と同軸に筒状部２２内に設置され、内筒２１の下端開口部２１ｂは、前記筒状部２２で囲まれる空間内に開口する。
【００２３】
前記外筒２０の外側には、前記粒子排出口２５を設置面から離間させてサイクロン集塵装置１を設置するための脚部２６が固定される。前記筒状部２２の上端側外周には、前記フィルタ部３を搭載して固定するためのフランジ２２ｂが形成されている。
【００２４】
前記フィルタ部３は、筒状のケース３０と、該ケース３０内に支持されるフィルタエレメント３１とを含んで構成される。
【００２５】
前記筒状のケース３０の下端部外周には、前記サイクロン部２側のフランジ２２ｂと接合されるフランジ３０ａが形成され、前記フランジ２２ｂとフランジ３０ａとを複数のボルト３２で締結させることで、サイクロン部２の上部にフィルタ部３が同軸に連結される。前記筒状のケース３０の上端側は閉塞され、上部周壁を貫通して、排気側配管３３がケース３０内にまで延設される。
【００２６】
また、前記筒状のケース３０は、本体側３０ｃと前記排気側配管３３を支持する蓋側３０ｄとの上下２分割に形成され、ヒンジ（蝶番）３４によって蓋側３０ｄを水平軸回りに揺動させることで、蓋側３０ｄが本体側３０ｃに連結されて閉塞空間を形成する状態（閉状態）と、本体側３０ｃの上部を開放させる（開状態）とに切り替えられるようになっており、前記開状態とすることで、フィルタエレメント３１の点検・交換・清掃作業などが行えるようになっている。
【００２７】
前記フィルタエレメント３１は筒状に形成されて、ケース３０内にサイクロン部２及びケース３０と同軸に設置され、前記ケース３０の内周と前記フィルタエレメント３１の外周との間に環状空間が形成されるようにしてある。
【００２８】
前記フィルタエレメント３１の中空部３１ａの下端は、フィルタエレメント３１が載置される円盤状の下側ホルダ３５によって閉塞され、前記中空部３１ａの上端開口は、前記排気側配管３３の上流端に接続され、フィルタエレメント３１の外周側から中空部３１ａ内にガスを通過させることでろ過を行い、ろ過後のガスは、前記排気側配管３３によって外部装置に向けて排出される。
【００２９】
前記外部装置とは、例えば、真空ポンプ，排気ブロワ，コンプレッサ等の吸排気システムであり、上記サイクロン集塵装置１によってガス中の粒子（コンタミネーション）を取り除いてから、前記吸排気システムにガスを吸引させる。
【００３０】
前記下側ホルダ３５は、ケース３０に固定され、該下側ホルダ３５の下面には、フィルタエレメント３１の中空部３１ａと略同径の筒状部３５ａが、同軸に一体的に支持されており、該筒状部３５ａの下端は、整流板４に近接する位置まで垂下されるようにしてある。
【００３１】
また、前記下側ホルダ３５の中心には、該ホルダ３５と、フィルタエレメント３１の上端面に重ねられる上側ホルダ３６とを連結させる連結棒３７の一端が支持され、フィルタエレメント３１が、両ホルダ３５，３６の間に挟持されるようになっている。
【００３２】
前記上側ホルダ３６は、浄化ガスを排出させるための孔が開口される円盤状に形成され、その上面には、ゴムなどの弾性部材で形成されるワッシャ状のシール部材４０が固定され、前記排気側配管３３の上流側開口端縁が前記シール部材４０に押し付けられることで、前記排気側配管３３とフィルタエレメント３１の中空部３１ａとが気密に接続されるようになっている。
【００３３】
前記フィルタエレメント３１は、図２に示すように、外周面が凹凸を繰り返す波型に形成され、かつ、空隙率が内側から外側に向けて大きくなるように、換言すれば、内側ほど捕捉される粒子径が小さくなるように形成される。
【００３４】
前記フィルタエレメント３１は、以下のようにして製作される。まず、細いステンレス繊維を数本束にして糸状とし、これを編み込んで可撓性を有するシート３８（メッシュ生地）を製作し、かつ、このシート３８を、凹凸を繰り返す波型形状とする。
【００３５】
そして、複数の孔が開口された筒状の芯材３９の外側に、前記波型形状のシート３８を複数回巻き付けて、芯材３９の外側にシート３８を積層させるが、前記巻き付けトルクを、内側から外側に向けて小さくし、巻き始めはきつく巻き付け、シート３８を積層される毎により緩く巻き付けるようにする。
【００３６】
前述のように、巻き付けトルクを内側ほど大きくすることで、内側ではシート３８が潰されてステンレス繊維が密に重なり合うことで、内側の空隙率が外側に比べて小さくなり、内側ほど捕捉される粒子径が小さくなり、逆に、外側ではシート３８が緩やかに巻き付けられるので、ステンレス繊維の糸の間隔が大きくなり、外側ほど捕捉される粒子径が大きくなる。
【００３７】
また、外側ほどシート３８を緩く巻き付けることで、外側のシート３８では波型の凹凸高さが内側に比べて大きくなり、フィルタエレメント３１の外表面が凹凸を繰り返す波型となる。
【００３８】
尚、図２に示す例では、フィルタエレメント３１の外表面に形成される波型の稜線が、略水平（サイクロン部２の軸線に直交する方向）になるように形成されているが、稜線がスパイラル状になるように、換言すれば、サイクロン部２の軸線と平行な線に対して稜線が斜めに交差するようにしてもよい。
【００３９】
前記整流板４は短冊状に形成され、その長手方向を、前記内筒２１の上端部２１ａの開口（ガス通路）を横断する方向とし、長手方向と直交する方向で傾斜するように、前記内筒２１の上端側開口縁に固定され、かつ、傾斜面が相互に略平行となるように前記内筒２１の径方向に沿って複数並べて設けられる。
【００４０】
また、前記整流板４のサイクロン部２側の端縁を通り、サイクロン部２の軸線と平行な線が、隣接する他の整流板４に交差するように、整流板４の設置間隔・傾斜角を設定してある。
【００４１】
従って、サイクロン部２の軸線と平行に上昇するガスの流れは、その方向を保ったまま整流板４の設置部分を通過することができず、整流板４の端面に衝突した後、整流板４で挟まれる傾斜を有したスリット状の空間を通過して、フィルタ部３に導入される。
【００４２】
次に、上記サイクロン集塵装置１の作用を説明する。前記吸気側配管２４からサイクロン部２に導入される含塵ガスは、前記吸気側配管２４が、筒状部２２の接線方向と略平行に設けられていることから、旋回流となって下降し、旋回によって発生する遠心力が、ガス中の粒子を外筒２０の内壁側に遠心分離する。前記遠心分離された粒子は、外筒２０内を落下し、外筒２０の下端に設けられる粒子排出口２５から回収される。
【００４３】
但し、前記サイクロン部２では、上記のように粒子を遠心分離するため、比重が軽い物質（例えば、アルミナ、シリコン、黒鉛など）の微粒子を分離することは難しく、主に粗い粒子が分離される。
【００４４】
前記外筒２０内の下降旋回流は、外筒２０内で方向を反転して上昇流となり、この上昇流は、内筒２１を通ってフィルタ部３に向かうが、内筒２１の出口に設けられた前記整流板４が抵抗となるため、サイクロン部２で分離されなかった粒子のうちの比較的粗い粒子が落とされ、内筒２１を通って外筒２０の下端に設けられる粒子排出口２５から回収される。
【００４５】
前記整流板４で落とされなかった微粒子は、フィルタ部３にガスと共に導入され、フィルタエレメント３１で捕捉される。また、ガスが、整流板４で挟まれる傾斜を有したスリット状の空間を通過することで、整流板４の傾斜に沿った向きに流れの方向が変化し、サイクロン部２及び整流板４で除塵されなった粒子を含むガスが、ケース３０の内周壁に吹き付けられ、また、旋回流を生じるなどして、これによっても粒子の分離が図られる。
【００４６】
このように、ガスに含まれる粒子のうち、粗い粒子がサイクロン部２で遠心分離され、中程度の粒子は整流板４で落とされ、細かい粒子はフィルタ部３において捕捉され、係る３段階の除塵が行われる。
【００４７】
フィルタエレメント３１だけで除塵を行う場合、細かい粒子のみではなく粗い粒子も捕捉する必要があり、フィルタエレメント３１が直ぐに目詰まりを起こし、フィルタエレメント３１のライフサイクルが短くなってしまう。
【００４８】
これに対し、上記のように、フィルタエレメント３１によるろ過を行わせる前に、サイクロン部２及び整流板４で比較的粗い粒子を除塵させておけば、フィルタエレメント３１に捕捉される粒子の量が相対的に減って、フィルタエレメント３１のライフサイクルを長くすることができ、本実施形態のサイクロン集塵装置１を付属する吸排気システムの長時間運転が可能になる。
【００４９】
また、サイクロン部２は、遠心分離を行うため目詰まりは発生しないが、嵩比重が軽い物質の微粒子を分離することが難しいため、サイクロン部２で浄化されたガスをそのまま後段の吸排気システムに送ると、吸排気システムが微粒子を吸引して故障原因になってしまう。
【００５０】
これに対し、上記実施形態のように、サイクロン部２からの浄化ガスを、フィルタ部３でろ過させるようにすれば、サイクロン部２で除塵できない微粒子がフィルタ部３で捕捉されることで、充分に除塵されたガスを後段の吸排気システムに送ることができ、吸排気システムの故障発生を未然に防止することができる。
【００５１】
更に、本実施形態のフィルタエレメント３１は、目詰まりを発生し難い構造になっている。前述のように、フィルタエレメント３１は、空隙率が外側ほど大きくなるように形成されているから、粗い粒子は、外側で捕捉されるのに対し、微粒子は、外側のフィルタ層を通過して内側で捕捉されるため、フィルタエレメント３１の厚み全体を有効利用して、粒子を捕捉することができる。
【００５２】
例えば、フィルタエレメント３１の厚み方向において空隙率を一定とし、かつ、この一定の空隙率を、微粒子を捕捉できる小さい値とすると、フィルタエレメント３１の表面側で粗い粒子及び微粒子が捕捉され、目詰まりの発生が早まってしまう。
【００５３】
また、目詰まりの発生を抑制するために、前記空隙率を一様に大きくすると、目詰まりの発生は抑制できるものの、微粒子を捕捉できず、微粒子を含むガスを後段の装置に送ることになってしまい、後段装置（真空ポンプ等の吸排気システム）の故障要因になってしまう。
【００５４】
これに対し、上記のように、フィルタエレメント３１の空隙率を外側ほど大きくすれば、細かい粒子ほど内側で捕捉されるから、目詰まりの発生を抑制しつつ、微粒子を捕捉させることができ、フィルタエレメント３１のライフサイクルを延ばし、また、後段装置（真空ポンプ等の吸排気システム）が微粒子を吸い込むことを抑制して、後段装置の故障を未然に防止できる。
【００５５】
また、本実施形態のフィルタエレメント３１の外表面が、凹凸を繰り返す波型に形成されているから、ろ過面積を広く確保でき、また、表面が平らである場合のように広い面積に粒子が一様に載積することがないため、粗い粒子が表面で捕捉されて蓄積されても落下し易く、係る作用によってもフィルタエレメント３１のライフサイクルを延ばすことができる。
【００５６】
更に、フィルタエレメント３１の製作において、凹凸を繰り返す波型のシート３８を芯材３９に巻き付けるから、緩く巻かれる外側では、シート３８の凹凸が潰されずに残り、潰されずに残った凹凸によって積層されるシート３８間に隙間ができ、このシート３８間の隙間に粒子が落下して下方に蓄積されることで、フィルタエレメント３１のライフサイクルが長くなる。
【００５７】
また、本実施形態のフィルタエレメント３１は、高い捕捉効率を発揮することができる。前記フィルタエレメント３１は、シート３８を芯材３９に対して複数回巻き付けて形成され、巻き付けトルクを徐々に緩めることで基本的には外側ほど空隙率が大きくなるが、局所的には空隙率にばらつきがあるため、粒子が、シート３８を構成するステンレス繊維への衝突を繰り返し、これによって粒子の通過速度が遅くなるため、高い捕捉効率を発揮できる。
【００５８】
更に、シート３８を構成するステンレス繊維の束がガス圧力を受けることで毛細状に拡がり、このステンレス繊維の束の隙間にミクロン単位の微粒子まで捕捉することができ、これによっても捕捉効率を高くできる。
【００５９】
また、前述のように、フィルタエレメント３１は内側ほど空隙率が小さくため、微粒子の捕捉する領域が内側から徐々に外側に拡がり、フィルタエレメント３１の厚み全体を有効利用して微粒子を捕捉でき、高い捕捉効率を長時間維持することが可能である。
【００６０】
以上のように、本実施形態のサイクロン集塵装置１では、フィルタエレメント３１のライフサイクルを長くしつつ、比重の軽い物質の微粒子まで除塵できる高い除塵性能を発揮でき、サイクロン集塵装置１で浄化されたガスを吸引する吸排気システムを、故障を発生させることなく長時間運転させることができる。
【００６１】
尚、前記サイクロン部２を構成する外筒２０及び内筒２１の形状・配置は、図１，図２に示したものに限定されず、遠心力で粒子を分離する構成のものであればよい。
【００６２】
また、フィルタエレメント３１を、ステンレス繊維の束を編み込んだものに限定するものではなく、また、外表面を平らにし、及び／又は、厚み方向（径方向）で空隙率を一定としても良い。
【００６３】
更に、上記実施形態では、シート３８を幾重にも巻き付けてフィルタエレメント３１を形成したが、空隙率が異なる複数の筒状フィルタエレメントを、同心円状に重ねてフィルタエレメント３１を形成することができる。
【００６４】
また、整流板４の形状や並べ方は、図１，図２に示したものに限定されず、例えば、内筒２１の上端部２１ａの開口域を、中心を通る境界線で２つの領域に分け、各半円領域で整流板の傾きの方向を異ならせたり、扇状に形成した整流板４を、傾斜させて周方向に複数並べてファン状としたりすることができる。
【００６５】
また、整流板４は、上記のように、サイクロン部２の軸方向に対して斜めに交差する傾斜面を有する構成の他、サイクロン部２の軸方向に対して直交するように設置することができ、また、サイクロン部２の軸芯に対し、放射状に設置することもできる。加えて、前述のように、整流板４をガス通路の同一断面上に複数並べることができる他、ガス通路の上下流方向に離間させて複数の整流板４を設けることができる。
【００６６】
また、個々の整流板４は、平板状のものに限定されず、捻れ・湾曲・屈曲などの変形加工を施したものであってもよく、また、薄い板状のものに限定されず、例えば、横断面が円や楕円の部材などを用いることができる。更に、例えば、複数の孔が開口された複数の平板を、上下方向に隙間を設けて設置し、かつ、各平板の孔が、サイクロン部２の軸線と平行な方向に直線的に並ばないように、相互にずらして設けるようにしても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１  サイクロン集塵装置
２  サイクロン部
３  フィルタ部
４  整流板
２０  外筒
２１  内筒
２４  吸気側配管
３０  ケース
３１  フィルタエレメント
３３  排気側配管
【図１】
2010269210.tif 000003
【図２】
2010269210.tif 000004